压制地震多次波的理论研究及在GPU上的并行计算实现

在地震勘探中，多次波问题普遍存在，而海洋地震勘探中尤为突出。多次波的存在，影响地震成像的真实性和可靠性，干扰地震资料的解释。如何高效准确的压制多次波，突出有效波，一直是地震勘探数据处理中久攻而未能有效解决的问题之一。本项目有别于传统的多次波预测和压制方法，通过对基于能流守恒方程的多次波预测方法和指数对数谱分解多次波压制方法的研究，可以达到地层介质横向变速情况下表面多次波和层间多次波同时预测和压制的目的。该思路已经在水平层状介质模型中做了试验，取得了较好的效果。项目还将GPU计算技术应用到预测和压制多次波的计算中来,研究GPU/CPU协同并行计算方法，充分挖掘GPU计算的潜能。实验证明，GPU计算可以很大幅度的提高计算效率，符合工业生产需要。本项目在理论上提出了一个新的思路，在实现手段上采用GPU超算技术，其研究成果能够为油气勘探中的多次波问题提供一套解决方案。

多次波压制一直是地震勘探数据处理中久攻而未能有效解决的问题之一。本项目有别于传统的多次波预测和压制方法，研究基于能流守恒方程的多次波预测方法和指数对数谱分解多次波压制方法的研究，并研究GPU/CPU协同并行计算，充分挖掘GPU计算的潜能。经过三年多的探索，取得了一定的成绩。.1）二维指数对数谱分解多次波压制方法研究取得了进展。但三维处理方法，存在难度，未能完成。通过应用二维谱分解和李群算法对层状介质能流守恒方程和预测算子矩阵微分方程进行求解，得出反射波场与预测算子，预测算子与反射系数序列的关系，从而实现多次波的预测和压制。完成了上述过程的C语言编程，并进行了GPU化。.2）发展了李群李代数解能流守恒方程的地震波正演技术。该方法计算的走时公式包含有速度的横向导数，考虑了地下介质横向变速，保证走时计算更加精确。通过该正演方法，可以得到全部的多次波信息，从数学的角度弄清楚多次波的产生机理。该研究内容还存在一定问题。.3）在薄层多重散射压制方面取得了一定进展。采用基于李代数积分的薄层反射系数Picard迭代反演技术压制地层滤波效应。将微分方程e指数解方法用于预测算子方程，提出了李代数积分的新方法，根据预测算子和地层反射系数序列的关系式，普通 O’Doherty-Anstey公式为该关系式的一阶李代数表达，高阶李代数积分是对一阶李代数积分的修正。基于该关系式提出了Picard迭代反演算法由预测算子求取地层有效反射波，并分析了不同阶李代数反演效果。.4）研究和搭建了硬件环境，又研究了多GPU，多节点并行计算的并行策略设计，完善了基于检查点的GPU/CPU协同并行计算策略，节点间采用MPI消息传递并行策略。实验证明，GPU计算可以很大幅度的提高计算效率。.5）用于多次波预测的速度建模也有了发展。设计实现了两种速度建模的工具。一是利用图片的不同颜色方便为地震波正演建立复杂的速度模型；二是通过计算机交互技术，利用GPU加速逆时偏移方法，多次迭代，能清晰准确刻画界面边界的交互式速度修正方法。.6）发表期刊论文7篇，标注有基金号的4篇（两篇SCI，1篇EI，1篇英文正刊），未标注基金号的两篇（1篇SCI，1篇中文核心），标错基金号的SCI文章1篇，开发速度建模相关软件2个。完成了项目申请书预定发表文章的目标，及部分研究目标。但因项目研究内容存在不完善的地方，故推广应用需要更多的研究工作。